WYKŁAD 11. Kolor. fiolet, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony

Transkrypt

1 WYKŁAD 11 Modelowanie koloru Kolor Światło widzialne fiolet, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony ~400nm ~700nm Rozróżnialność barw (przeciętna): 150 czystych barw Wrażenie koloru-trzy czynniki: barwa, jasność, nasycenie. Barwa: Fizycznie: długość fali Subiektywnie: to co odróżnia zieleń od błękitu a jest wspólne dla różnych odcieni czerwonego. Jasność - stopień podobieństwa do barwy białej (dla odcieni jasnych) lub czarnej (dla odcieni ciemnych). Nasycenie - czystość barwy np. stopień zbliżenia do barw zasadniczych występujących w widmie słonecznym: czerwona, zielona, niebieska, żółta (RGBY). Rozróżnialność barw (uwzględniając jasności) ok kolorów (przy porównywaniu). Z pamięci: kilkadziesiąt barw. Subiektywna ocena barw obrazu na monitorze przy różnym oświetleniu pomieszczenia. 1

2 Komputerowe modelowanie koloru Cel: otrzymanie obiektywnych, jednoznacznych charakterystyk barw. Rozkład energii światła z dominującą długością fali: e d - poziom składowej dominującej e b - wypadkowy poziom wszystkich pozostałych składowych dających światło białe Nasycenie rośnie gdy e d /e b rośnie e d = e b - nasycenie zerowe e b =0 - nasycenie 100% Światło białe: np.: R:G:B = 26:66:8 Barwy dopełniające: trójki lub pary barw dających światło białe np.: czerwono - zielono - niebieska RGB addytywne żółto - niebieska. CMY subtraktywne Barwy podstawowe - Barwy, którymi opisywane są inne 2

3 Dowolna, skończona liczba barw podstawowych nie wystarcza do otrzymania wszystkich barw z widmowego spektrum (porównaj diagram CIE). Standard barw podstawowych Standard CIE 1931r. (Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa). Standardowe barwy podstawowe nie odpowiadają żadnej rzeczywistej barwie, za to dowolną widzialną barwę daje się wyrazić jako ich średnią ważoną. Niech A,B,C - ilości poszczególnych barw podstawowych CIE dających w sumie pewną barwę. Wielkości: a = A B b A B C A B C c C ; = ; = A + B + C są to współrzędne trójchromatyczne tej barwy. Widać, że zawsze: a+b+c=1 tzn. dowolne dwie współrzędne wystarczą do określenia barwy. Diagram chromatyczności CIE - wykres współrzędnych a i b wszystkich barw widzialnych; obszar D - barwa biała 3

4 Standard CIE - operacja na barwach Mieszanie (dodawanie) dwóch barw K 1 i K 2 Dominująca długośći fali i nasycenie koloru. S - domin. dług. fali barwy K N Nasycenie określone ilorazem: KD DS Dopełniająca para barw; Gama określona trzema kolorami K 1,K 2 dowolne barwy; (odpowiada trójkątowi K 1 K 2 K 3 ) Gama określona skończoną liczbą kolorów nie wyznacza wszystkich barw widma (spektrum widzialnego) nm 4

5 Model RGB Opis piksla: 3 bajty barw 3 bity 2 3 = 8 barw 1 piksel na ekranie monitora składa się fizycznie z 3 elementów (RGB) Barwy podstawowe R, G, B (red green blue) - odpowiadają sprzętowym (w postaci 3 - elementowej) sposobom generowania kolorowych obrazów na monitorze rastrowym. Wszystkim możliwym do uzyskania barwom w modelu RGB odpowiadają punkty sześcianu jednostkowego rozpiętego na osiach barw podstawowych Wierzchołki przeciwległe odpowiednio do R, G, B - barwy dopełniające Przekątna (0, 0, 0) (1, 1, 1) odpowiada różnym poziomom szarości (światło białe). 5

6 Model RGB - opis addytywnego procesu otrzymywanie barw w wyniku dodawania (mieszania) w różnych proporcjach trzech barw podstawowych. Model CMY C - cyan (zielono-niebieski), M - magenta (karmazynowy), Y - yellow (żółty) (są to dopełnienia R, G, B). CMY są podstawowymi barwami subtraktywnymi, ponieważ usuwają poprzednie podstawowe barwy ze źródła białego. Np. przedmiot pokryty żółtą farbą pochłania składowe światła słonecznego o długościach dopowiadających barwie niebieskiej. Model CMY jest subtraktywny i służy do określenia kolorów rysunków na drukarkach i ploterach. W praktyce: Maksymalne (równe 1) składowe barw podstawowych nie absorbują wszystkich długości widzialnych fal. Dlatego, używana jest dodatkowo czarna farba (dodatkowy pojemnik w drukarce atramentowej) 6

7 Model RGB - barwy addytywne Model CMY - barwy subtraktywne 7

8 Model HSV H - hue (barwa), S - saturation (nasycenie), V - value (wartość) kąt β obrotu wokół osi V β = 0 0 R β = G β = B S: odległość od osi punkty: na V: S=0 na ścianach: S=1 maksymalnie V=1 - punkty podstawy ostrosłupa intensywność barwy: V:0 - na wierzchołku ostrosłupa Określanie barwy: podanie β : V=S=1 -ściemnianie (zmniejszanie V) i/lub rozjaśnianie (zmniejszanie S) Do wyświetlenia na monitorze barw zdefiniowanych w HSV potrzebne są współrzędne RGB Dlatego stosuje się: Algorytm transformacji (przekształcenia) modelu HSV na model RGB 8

9 Algorytm transformacji (przekształcenia) modelu HSV na model RGB Model RGB oglądany wzdłuż przekątnej od barwy białej do czarnej Podstawa ostrosłupa modelu HSV oglądana z góry Algorytm: dane: h - kąt z przedziału [0 0, ] s,v z przedziału [0, 1] h oblicz: h = 60 i = floor ( h ) : {największa liczba całkowita h} f = h i ( ) ( 1 ); ( 1 ); 1 ( 1- ) t = v s u= v s f w= v s f jeśli i = 0 r = v; g = w; b= t w przeciwnym razie jeśli i =1, to r = u; g = v; b= t w przeciwnym razie jeśli i =2, to r t g v b w = ; = ; = w przeciwnym razie jeśli i =3, to r t g u b v = ; = ; = w przeciwnym razie jeśli i =4, to r v g t b u = ; = ; = 9

10 Techniki obrazowania poziomów jasności i kolorów Monitor o wielu poziomach szarości - jasność pojedynczego (fizycznego) piksla odpowiada jasności obliczonej. Monitory (tanie) o niewystarczającej liczbie poziomów szarości zamiast pojedynczych piksli - zastosowania wzorców n n piksli daje to n 2 +1 poziomów jasności dla monitora o 2 poziomach jasności; 0 - piksel zgaszony, 1 - piksel zapalony. Przykład 1: np.: n n = 3 3: wtedy = 10 poziomów Wada: Gorsza rozdzielczość obrazu (ale nie fizyczna ekranu monitora) 10

11 Przykład 2: Model RGB: dla R, G, B przyjmujących 0, 1 (8 barw) wzorzec 2 2 piksle daje 125 barw Efekt liniowej zmiany jasności wzorców: wrażenie mniejszych zróżnicowań części ciemniejszych obrazów niż części jaśniejszych. Wzrok ludzki reaguje w sposób liniowy na przyrosty ilorazu różnicy między kolejnymi poziomami jasności i poziomem niższym a nie na różnice bezwzględne. Dlatego poziomy jasności I k powinny mieć rozkład logarytmiczny (stały stosunek następnego poziomu do poprzedniego) tzn: Ik + 1 = const. Ik Problem: jak wygląda w tym przypadku sposób nadawania wartości "1" kolejnym pikslom wzorców z podanych przykładów. Podać kilka elementów wzorca dla jednego i drugiego przykładu. Nazwa stosowanej techniki: technika roztrząsania (dithering) 11

12 Przykłady modeli koloru 12

13 CMY (205, 55, 205) CMYK (59, 0, 59, 22) 13

14 model CIE model LAB Inne przykłady modeli koloru: 1. Program Corel PhotoPaint11, (aktywacja paska narzędziowego: Tools, Customization, a następnie przy otworzonym pliku obrazowym: Edit, Fill, Edit, Options, Color Viewers) 2. Program \Programy\barwy (serwer Oceanic) 3. Model LAB opis i wzory: 14